電氣自動化中的無功補償技術分析摘要本文闡述了無功補償的基本概念、研究現狀，并從實際應用的實踐出發，自電力負荷功率、并聯電容器、串聯無功補償、靜態無功補償等方面進行解析，論述了電氣自動化中的無功補償技術，介紹了回路電流、真空斷路器、電力用戶方面無功補償技術的應用，解釋了電氣自動化中的無功補償技術具體應用，希望能對提高電氣自動化系統資源利用率和提升電網供電質量起到一定參考作用。關鍵詞：電氣；自動化；無功補償技術Thisarticleelaboratesonthebasicconceptandresearchstatusofreactivepowercompensation,andstartingfrompracticalapplications,analyzesthereactivepowercompensationtechnologyinelectricalautomationfromtheaspectsofpowerloadpower,parallelcapacitors,seriesreactivepowercompensation,staticreactivepowercompensation,etc.Itintroducestheapplicationofreactivepowercompensationtechnologyincircuitcurrent,vacuumcircuitbreakers,andpowerusers,andexplainsthespecificapplicationofreactivepowercompensationtechnologyinelectricalautomation.Itishopedthatitcanplayacertainreferenceroleinimprovingtheresourceutilizationrateofelectricalautomationsystemsandimprovingthequalityofpowersupplyinthepowergrid.Keywords:Electrical;Automation;Reactivepowercompensationtechnology第一章：緒論一、研究背景與意義伴隨著科技的進步，電氣自動化在社會各個行業得到了普遍的使用，線性與非線性負載得到了大幅度的運行，從而導致電氣線路無功補償短缺以及和諧波污染現象嚴重泛濫，使得電氣自動化系統形成了嚴重的電能消耗，束縛了電氣自動化技術的良好發展，為了提升資源利用效率和改善電力線路的運轉質量，因而在電氣自動化系統里引進了無功補償設置，來保障電氣體系的穩定以及供電體系的安全與經濟。無功補償設施也由于其出色的性能得到了電力機構與用電單位的日益重視，并促使其在更深的層次與領域里獲得了推廣與使用。本文自闡述無功補償設置的基本概念、要求及其設置出發，并論述其在實際應用中的類型以及問題，希望對提高電氣自動化資源利用效率與改善電網體系運行質量起到一定的參考意義。在電力體系里借助設置無功補償配置從而提升體系的功率系數，因此實現減低電能消耗，增高電能應用功效的目標被稱為無功補償。無功補償對于電力體系以及消費者都具有很大的作用。針對電力體系來說，其能夠改進電網的電能品質，增加輸電體系的穩定度與可靠度。因為無功補償能夠降低輸電網絡的電流，因而使得網絡的電影降和損耗下降。而且，對于電力的消費者來說，無功補償能歐減少電力成本，增加電力效能。無功補償有助于電力消費者電力設施的無功功率損耗的降低，因而減少了用電設施的能量消耗與運轉成本。二、國內外發展現狀無功補償對電力體系有著重要的作用，對電力體系實施恰當的無功補償，有助于電力網絡電壓的穩定。增加功率系數，提升設備利用效率，使得網絡有功功率的消耗降低，增加輸電的效率，均衡三相功率，為電力體系提供電壓的支持，推動體系運轉安全度提高。無功補償配置初期是同步補償機（又稱同步調相機）與靜態補償電容器,（又稱固定補償電容器）以及機械式接觸器投切(MSC)。當下普遍應用的為靜止無功功率補償器（SVC）屬于動態無功補償配置。包括四種類型：SR(SaturatedReactor自飽和型電抗器型)、TCR(晶閘管控制電抗器)、TCT(晶閘管控高漏抗變壓器)、TSC(晶閘管投切電容器)。晶閘管控制串聯電容器補償裝置(TCSC)，可控串聯電容補償是由SCR（晶閘管）限制的串聯補充配置。在電力輸電體系主要應用，作用是提升高輸電網的傳輸性能與網絡的穩定度。是近階段發展起來的優秀的串聯補充技術。SVG（靜止無功發生器）指的是靜止無功發生器或者高級靜止無功補償器（ASVC），其是根據瞬時無功功率的觀念與補償機理應用GTO（門極可關斷晶閘管）組成的交流轉換器。分為電壓與電流橋式電路兩種類型。因為電壓型控制便捷，消耗低，所以在實踐里得到了普遍的使用。經過調度橋式電路交流側輸出電壓的相位，振幅或徑直調度其交流側電流開展無功功率的交替。同SVC對比，其調度的速度更為快捷，范圍更加寬廣，欠壓的情況下其無功調度的效率更大，所以，具備優秀的補償特征。無功補償的各類型配置里，交流補償器為初期的無功補償配置，其有較高的成本，配置安裝也比較復雜，如今正在慢慢的進行淘汰。機械式接觸器投切(MSC)也較早的出現，技術上已經沒有多少優勢。如果結合先進的優秀控制技術，其依然具有優質的性價比，處于無功負荷起伏不大的情景里，還具有比較普遍的市場吸引力。如今，海外的SVG（靜止無功發生器）技術在工程上應用比較成熟且具有一定的普遍性，STATCOM（靜止同步補償器）配置是比SVC更優秀的先進補償配置，在動態補償方面表現優良，也在工程領域實現了應用，達到了產業化。但是價格高昂，也尚未全部替代SVG在動態補償方面的功效。在工程市場里，SVC還具備著大的優勢。可是在高電壓登記，大容量的SVC項近乎所有都被阿西布朗勃法瑞公司（ABB）與西門子（Siemens）之類的大型企業所壟斷。阿西布朗勃法瑞公司在上世紀七十年代開始研發SVC，1972年把技術應用與鋼鐵廠，1979年應用于鐵路體系。如今在動態并聯補償領域SVC占據主導地位。1998年，阿西布朗勃法瑞公司又開發新型的動態無功補償技術，這就是靜止同步補償器（STATCOM）。上世紀七十年代，西門子股份公司就開始研制晶閘管控制的無功補償技術，1980年，TCR型SVC產品問世并銷售。1984年，開始提供TSC型SVC。如今其產品達到100套，容量共計7702兆伏安。產品遍布十九國。其在美國鋼鐵公司安裝了最大的SVC體系，容量計4100Mvar。通用電氣公司（GE）在串聯補償方面具備世界領先的制造與技術能力，如今其制造安裝的串聯補償配置容量越過了29Gvar。其也是首先銷售TCSC配置的公司。而且其MSC配置性價比優良。如今，我國比較廣泛的方式是機械式接觸器投切(MSC)。特別是在配置控制系統以后，其負荷起伏不大，頻率比較穩定，對于相應速度需求不強的配電系統里，MSC以性價比的優良優勢，占據了普遍的市場。榮信電力電子與西電、電科院電力電子等企業是國內重要的SVC制造公司。西電與電科院電力電子引用的為阿西布朗勃法瑞公司和西門子的技術，榮信的技術來自于烏克蘭。他們都是最早引用SVC設備和技術的國內企業。電科院的鞍山紅一變國產化SVC工程，是我國第一套在輸電系統應用的SVC國產化產品。如今此類產品用于電氣化鐵路的較少，也只是在支線上使用。1994年，電力部重要公關科技項目，清華大學與河南電力局聯合研發的±20Mvar的靜止同步補償器在1995年正式并網運轉，我國成為全球第四個具備大容量靜止同步補償器的國家。2002年，國家電網通過了“上海電網黃渡分區±50Mvar的靜止同步補償器示范工程”我國目前，MSC配置因為價格低廉占領了大量的市場領域。SVC裝置方國內制造領頭企業是百利電氣。市場占比在95%。國內的STATCOM市場規模達到億元。SVC在國外歐美日等國已經得到了普遍的應用。其產業化已經有了十年的歷程三、課題研究內容與方法1研究內容熟悉電力體系的構成，熟悉無功功率的形成及其在電力體系中傳輸形式；了解無功補償的運行原理，補償形式與補償位置；了解無功補償設施的工作原理；2研究課題的主要方法和步驟(1)廣泛收集電氣自動化無功補償方面的文獻；(2)分析無功補償作用的原理，影響因素、與輸電運行的關系。(3)了解無功補償的概念、類型、應用現狀及特征；(4)分析無功補償的前景發展。并提出合理化建議。第二章：無功補償技術概述無功補償原理與無功就地補償電力體系里的負荷比如電動機、變壓器設備等，絕大多數都屬于感性的負荷，在運轉的過程里需要向其供應對應的無功功率，在電力體系安置并聯電容器等無功補償設備之后，就能夠向其供應感性負荷所損耗的無功功率，從而消減電力體系電源向感性負荷供應，由線路運輸的無功功率，由此消減無功功率在電力體系里的流動，達到減少電力線路與變壓器運輸無功功率所形成的電能消耗，這就是無功補償。1.無功補償的基本原理與意義無功補償的基本原理就是把具備容性功率負荷的設置同感性功率負荷并聯在同一個電路，使得能量可以在兩種負荷間相互交換。如此，感性負荷必需的無功功率就可讓容性負荷運輸的無功功率補償。無功補償的意義在于其一可以補償無功功率，提升電力體系里有功功率的比例常數；其二消減電力體系內發、供電設備的設計容量，有效降低投資。比如使功率因素自0.8提升到0.95的時候，裝備1千伏無功電流電容器就能夠節約容量0.52千瓦；反之，提升0.52千瓦，針對原有設備來說，就相當于提升了電力體系內發、供電設備的容量。這樣，在新建、改建工程的時候，應該衡量無功補償，就能夠降低設計容量，有效降低投資。其三，有效減少線損，按照相關公式，可以計算出補償后的功率因數，當功率因數提高后，線損率也隨之降低。降低設計容量與線損率，提升電力體系有功功率的比例，都與供電機構的經濟效益息息相關。因此，功率因數也是衡量經濟效益的關鍵因素，規劃、實施無功補償是實際的需要。無功補償定義：就是指無功補償設備向電力體系里吸收或輸入無功功率，因此來維持電力體系在運轉時電壓的波動在健康良好的范圍之中，當體系出現問題，能夠供應足夠的無功支持，來防止體系的電壓潰敗。無功電壓本質上屬于輔助的服務，是保障電能交易順利開展的前提條件，而且還能夠減低消耗，提高體系電能運轉的質量等。無功補償技術的實現路徑：其主要包含四個內容：其一為固定式濾波器、電抗器調壓技術與電容器的有效結合；其二為固定式濾波器同晶閘管調度的電抗器的有效結合；其三為固定式電容器與電抗器結合而成的單調諧濾波器；其四為固定式濾波器同可飽和電抗器的結合。2.無功補償的原理無功電力體系輸出的有功功率，是借助用電設備將電能轉化成機械能、熱能、化學能以及聲能等，這是用戶所需要的。而無功功率則是不借助用電設備轉化能量，對用戶而言不發生作用。無功補償的基本原理就是把具備容性功率負荷的設置同感性功率負荷并聯在同一個電路，使得能量可以在兩種負荷間相互交換。如此，感性負荷必需的無功功率就可讓容性負荷運輸的無功功率補償。目前，國內外普遍應用并聯電容器作為無功補償設置，此類方式安裝便捷，時間短、成本低，且運行維護方便、損耗較低。第三章：無功補償的基本類型無功補償是電力體系里的關鍵技術，其能夠提升電力體系的功率因數，消減無效功率的損耗，提升電力體系的穩定與安全。其補償的類型有以下幾種：1、靜態無功補償（SVC）其是借助電容器與電感器進行補償無功功率的技術手段。主要是利用調度電容器與電感器容量以及電感值來調節無功功率的比例，由此來達到無功補償。此類型補償器往往應用于高壓電線路與變電站系統里，能夠有效提升電力體系的穩定與安全性能。2、動態無功補償（DSTATCOM）其是借助電子元器件進行補償無功功率的技術手段。主要是利用調控電子元器件的開關形態來調控無功功率的比例，由此達到無功補償。此類型補償器往往應用于低壓配電系統里，能夠增加電力體系的功率因數，降低無效功率的損耗。3、靜止無功補償（STATCOM）其是借助電子元器件進行補償無功功率的技術手段。主要是利用調控電子元器件的電壓與電流來調節無功功率的比例，，由此來達到無功補償。此類型補償器往往應用于高壓輸電系統與變電站系統里，能夠有效提升電力體系的穩定與安全性能。感性無功補償（LCC）其是借助電感器進行補償無功功率的技術手段。主要是利用調控電感器的電感值來調節無功功率的比例，，由此來達到無功補償。此類型補償器往往應用于高壓輸電系統與變電站系統里，能夠有效提升電力體系的穩定與安全性能。以上所述，無功補償具有多類型補償形式，每類的形式都有各自的適用區域和特征。電力體系的無功補償要按照現實的具體情況選擇適用的補償方式，來提升電力體系的穩定與安全性能。第四章：無功補償技術在電氣自動化中的應用一、電氣自動化中無功補償的關鍵技術分析電力負荷功率。在電力體系正常工作的狀態下，功率需要維持在一個較大的幅度里。實際運作中，可借鑒電力設施的設計功率供應有功功率，從而實現減小無功功率的輸送效果，并且達到有功功率消耗的有效調控。電容器并聯技術。在電力體系里借助電容器并聯，可以達到對電力體系感性負荷無功功率的有效補償，在此前提下，提升功率因數，改善電壓質量，使得線路消耗降低。如今，電容器并聯的常用方式包括：電容器并聯單臺鐵殼方式、電容器并聯箱體方式、電容器并聯集合方式、電容器并聯半封閉方式、電容器并聯干型方式、電容器并聯充氣方式等，具體要根據電力體系的實際運作狀態以及無功補償的需求，選擇適用的電容器并聯方式。無功補償串聯技術。其主要借助在電力體系里應用串聯的形式來引入無功補償設置，從而實現對對應電力系統實施無功補償的作用。如今的實際工作里，可把串聯無功補償技術分為兩類：固定式串聯補償與可控串聯補償。固定式串聯補償只具備“補償”與|“不補償”兩種運作狀況；可控串聯補償設置因為加入了旁路晶閘管和電感的裝置，因此擁有閉鎖、旁路、容抗調節、感抗調節等四類運作模式。[1]無功補償靜態技術。如果電壓出現變化，其裝置能夠快速反應并進行調節，從而實現無功補償的作用。二、電氣自動化中無功補償技術的具體應用探究1.回路電流中的無功補償應用在供電系統里實施無功補償，可使用固定濾波器裝置實現調節回流線路的作用，也可借助電感器的磁能飽和作用達到對回流電路的調節，從而實現無功補償。在回路電流里使用無功補償技術，可以起到緩解電流壓力的作用，實現電力體系里電流在較長時期內穩定的維持在平衡的情況下，從而推動線路應對電力水平壓力降低，達到電力利用率提升的效果。這里的關鍵點在于，前面的方法雖然可以實現無功補償的作用，然而在實踐里非常容易知識電力體系及其配套系統形成諧波與噪音，造成電力設備的一定消耗，對電氣自動化的長期穩定運轉形成一定程度的影響。2.真空斷路器中的無功補償應用對于維持電力體系的穩定度，無功補償無疑表現出了很高的應用價值，在保障電力體系安全運行并且能夠防止造成更大的經濟損耗。真空斷路器應用于電力自動化、電力體系里，對于運行有著很大的作用，屬于電力體系里的關鍵元器件。其擔負著保護電力體系及其體系內電器設備的主要任務，不需經常的運轉與檢修，從而在如今得到了普遍的應用。為了更高的提高電力體系運轉穩定性、電氣自動化效果，對真空斷路器的設計改善有著很高的現實作用。而且，在實際的運行中，真空斷路器合閘的時候會導致電力壓力升高，導致電力體系以及配套電器設置所承擔的負荷壓力也隨之增大，導致電力體系與設備損壞現象的產生概率也隨之增高。為了防止上述現象的產生，可借助無功補償技術對真空斷路器進行設計改善。如此，在真空斷路器的實際工作運行中，無功補償技術就可以促使電流輸出緩解，使得電流穩定在一個相對平衡的狀態下，不僅可以滿足電力用戶的用電需要，而且可以降低電能的消耗。把無功補償技術引進到真空斷路器的改善設計，還能夠減少真空斷路器的成本，降低電力設備運轉的電流壓力，從而維護電力體系的工作運行穩定。3.在電力用戶無功補償中的應用無功補償技術的進步與應用也促使著電氣自動化的更新優化，在目前的實際應用里，按照電力用戶的無功補償形式能夠分為兩類。其一，根據國家有關的規定政策，針對電力用戶，進行電力功率的補償，可以為電力用戶進行電費的獎勵。當電力功率補償結束之后，可以為企業給予可行性更高更加合理的補償計劃，支持其進行對電力用戶的無功補償，從而保證電力用戶都能夠認可無功補償。其二，借助有關技術的應用推動電力用戶所負擔的用電功率消耗下降，在用電壓力緩解的前提下，促使電壓供應效率提高。要對電力用戶，實施無功補償，主要有以下幾種形式。其一，分批次進行無功補償，把全部的電力用戶區分成多個小組，進而在電力用戶歸屬的電容器設備上設置無功補償線路，從而保證全部用戶認可無功補償。[2]其二，在分批次的無功補償線路安裝完畢后，對于個別電力用戶進行針對性補償。按照批次對電力用戶進行了分組，但是在同一個小組內的各個用戶依然存在著電差的差異。這樣的前提下，為了平衡各個電力用戶的用電，要對電力消耗嚴重的電容器進行更多的無功補償。其三，進行集中補償。實施的過程里，把范圍內全部電力用戶的歸屬電容器都進行集中連接，借助總路線的設置來完成對全部用戶的用電配置。4.無功補償技術的智能應用無功補償智能技術的合理選用衡量電力體系建設的具體狀況選擇適用的無功補償智能技術，從而完成對電力體系、電力設施、電力設備相互間電流不平衡問題的有效調控。實際的操作里，要執行把控固定補償、分散補償以及低壓補償三個原則。[3]固定補償核心在于不衡量電力線路具體應用狀況的前提下，引入固定量的補償，此類方法的質量同使用里率存在著密切聯系；分散補償主要是借助電容器的設置，推動電容器在充放電的時候頻繁變換因此完成無功補償，此類方法成本比較高，不適用于大型電力體系；低壓補償主要應用于對輸送過程里電流消耗的降低因而獲取補償的效果。智能無功補償投切開關的合理選用無功補償投切開關的質量高低決定著無功補償的最后效果，所以一定要選擇更加適用的智能無功補償投切開關，不僅可以減少電力自動化的成本，還能夠提高電力設施的工作效率。如今，經常應用的無功補償投切開關包含電容器、固態繼電器、一體投切的開關。對比分析，智能化一體投切開關在電氣自動化的無功補償里具備更大的應用價值與應用優勢。且其壽命也較長。但是要注意，其在實際的工作運行里會形成一定的噪音，對電流輸送造成干擾，因此一定要在電力體系里引進配套的噪音調節裝置。如何合理使用無功補償深切探析無功補償的應用領域及其基本的作用形式對現代電力體系的評估，最關鍵的要求就是電能的質量，電壓為電能質量的核心藥物，如今，各類電子自動化體系的普遍存在的無功狀態大部分是因為功率因數與阻抗因素引發的問題，使得電力體系被無功所影響。也就是牽引變壓器相互間產生的阻抗引發了線路的負荷，造成了無法指定的諧波，由此致使電力體系發生波形畸變。而且，電力體系產生波形畸變的時候，波動最顯著的基礎性標準就是電壓，這樣，其就會對電能的質量形成嚴重的影響。從而，也就會對電力體系的總體安全發生作用。關注電氣自動化體系的共性隱患無功補償技術有利于提升定期自動化體系的整體安全，還能夠減少資源浪費的可能性，這兩個方面都有利于行業成本的減少，不管是直接的，還是間接的原因。而且，安全度的提升有助于事故處理預算的下降，因而提升資源的有效應用，使得應用經濟效用得到全面提升。我國還有這樣的狀況發生，國內對無功補償技術的開發大多應用于變電站方面，因此忽視了這樣的狀況，供電機構的無功流輸送到變電站，而且經過電路輸送給低壓線路的時候，就會造成無功流超長距離輸送的狀況，這樣的背景下，則會形成更大的影響。面對如此狀況，應該衡量實際情況，按照片區來開展無功補償，正常條件下，220千伏的變電站擁有許多對應的調控功能，其負荷功率的因索峰值可以達到0.98，調控的容量根據區域的差異而有所變化，因而無功補償應用要根據實際的用電狀況。比如應用變電器同變低側負荷結合起來分析，以此來調整改善方案，從而進行合理的配置，形成補償容量。防止無功產生倒送的狀況，因此，一定要細化應用計劃，增高應用的效果。選擇先進的濾波技術如今，我國比較先進的混合式方案為并聯混合式有源濾波無功補償方案，其能夠有效處理一些隱患，比如由于電力牽引負荷形成的不可控波動所產生的濾波器補償容量過大的隱患，而且，還可以對一部分大型電氣自動化體系開展協調作用的調節，此技術是借助有源濾波器與LC型連接器的混合，對諧波展開的注入式無功補償。6.無功補償技術在電氣自動化應用中，存在的隱患與對策存在的隱患許多無功電流在借助供電機構向高壓變電站輸送，在輸送的過程里，由于還需要把其輸送到低壓的變電站，也就致使在較遠的場所里也有許多無功電流在進行輸送。在設置無功補償的容量上是不合理的，因而許多變電站都使用整組投切的形式開展電容量的補償，難以按照負荷轉換時的要求達到就地均衡，假如變電站的負荷狀況比較高，則功率因數就較低，在低負荷的情況下，就會產生補償。當無功對配電系統開展倒置輸送的時候，無功倒置的輸送會讓電力體系的損耗顯著增大，而且配電系統開展輸送的時候就會發生不必要的風險。特別是應用固定電容器進行補償的電力用戶，在低負荷的狀況下，有很大的概率會導致無功回送情況發生。對策用戶側的管理強度要增強為了讓損耗的態勢下降，就一定要增強用戶側無功補償技術的節能與管控，讓他們明白，就是一個從來沒有開展功率活動考核的小容量用戶，在無功補償技術的效果下也同樣的可以裝置由于無功功率所致使的有功功率的消耗，這樣使得內部輸送線路里電能的損耗得到大幅度的降低。按照具體應用狀況對變電站無功補償容量開展確認。例如220千伏的變電站，其有著相對健全的無功調節功能，在城市用電的高峰時期功率因數可以達到0.97，區域的差異導致其容量調節也有很大的不同。在變電站的無功補償技術對低負荷、變壓器開展有效無功補償的條件下，再應用電力領域較為先進的工藝、配置與技術，對補償容量采取合理的配置，并且，增大對工作人員技能的培訓強度，從而避免無功回送的狀況發生。開展配電體系低壓一側定容器組的補償針對配電系統無功補償電流在經過常規變電器與網絡的時候引發的功率與電能的消耗現象要給予非常的忠實，在功率因數極低的情況下，配電系統需要的功率就會很大，因而其所導致的損耗也會很高。對于公用變壓器機組來說，其負荷也是非常大的，一定要通盤衡量配電系統低壓的一端配置適用的電容器組，進而開展有效的補償。總結：總結而言，對于電力體系的穩定運轉，無功補償有著非常重大的作用，在電氣自動化中也占據著核心位置。因為并聯電容器、串聯無功補償、靜態無功補償等技術在保障維護著電力體系，電力自動化質量方面就表現出了非常理想的狀態，因此其在如今的回路電流、真空斷路器改善設計、電力用戶無功補償等方面獲得了較為普遍的、深層次的應用。參考文獻：[1]程哲.輸配電網電氣自動化中無功補償技